油氣井用射面定向射孔器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于油氣勘探開發(fā)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種射孔面與套管軸線垂直的油氣井用射面定向射孔器，包括槍體，其特征在于槍體內(nèi)設(shè)有2～8個射孔單元，相鄰射孔單元徑向夾角為180°或135°，射孔單元以導(dǎo)爆索右螺旋順次連接，所述每個射孔單元由一段彈架和3發(fā)射孔彈組成，彈架上開設(shè)有3個彈孔，射孔彈安裝在彈孔中，射孔彈在彈架上為右螺旋排布，相位角為60°，射孔單元內(nèi)射孔彈射流在地層內(nèi)形成垂直于油氣井套管軸線的扇形射孔面。本發(fā)明所達到的有益效果是：1)能夠降低破裂壓力，完善地層縫網(wǎng)系統(tǒng)，增加泄流面積，提高油氣產(chǎn)量。2)有效避免相鄰地層壓裂裂縫交叉串通。3)設(shè)計合理，簡單實用，達到了施工方便、安全可靠的效果。
【專利說明】油氣井用射面定向射孔器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于油氣勘探開發(fā)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種射孔面與套管軸線垂直的油氣井用射面定向射孔器。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著科技的進步，油氣射孔完井技術(shù)得到了較快發(fā)展，尤其是開發(fā)了各種新結(jié)構(gòu)射孔器，有效打通了地層和油井的通道。但射孔彈的排布方式仍已單螺旋、多螺旋和縱向為主，射孔孔道也是如此排列。在進行分段壓裂時，在地層內(nèi)，以單個射孔孔道為軸線形成了較為分散、方向不一的縫網(wǎng)系統(tǒng)，存在以下兩點不足:一是射孔孔道在地層空間是均勻排布，不能形成與射孔器軸線相對垂直的射孔面，壓裂時不能引導(dǎo)裂縫趨向應(yīng)力集中方向，壓裂困難，壓裂后泄流面積?。欢菈毫褧r容易產(chǎn)生縱向裂縫，對于厚度小于20米的儲集層，在某些情況下可能引起相鄰地層壓裂裂縫交叉串通，對后續(xù)開采產(chǎn)生不利影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)射孔器的射孔彈排布方式有缺陷，在進行分段壓裂時不能引導(dǎo)裂縫趨向應(yīng)力集中方向，壓裂困難，壓裂后泄流面積小，壓裂時容易產(chǎn)生縱向裂縫的缺陷，提供一種油氣井用射面定向射孔器，采用本發(fā)明進行射孔作業(yè)時，射孔單元的3發(fā)射孔彈射孔孔道能夠形成扇形射孔面，射孔面主體部分與套管中心軸線成90°夾角。在進行水力壓裂時，扇形射孔面能夠引導(dǎo)裂縫走向，降低破裂壓力，產(chǎn)生多個與井筒垂直的徑向壓裂面，完善地層縫網(wǎng)系統(tǒng)，增加泄流面積，提高油氣產(chǎn)量。
[0004]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0005]即一種油氣井用射面定向射孔器，包括槍體，其特征在于槍體內(nèi)設(shè)有2?8個射孔單元，相鄰射孔單元徑向夾角為180°或135°，所述每個射孔單元由一段彈架和3發(fā)射孔彈組成，彈架上開設(shè)有3個彈孔，射孔彈安裝在彈孔上，射孔彈在彈架上為右螺旋排布，相位角為60°，單元內(nèi)射孔彈射流在地層內(nèi)形成垂直于井套管軸線的扇形射孔面，導(dǎo)爆索依次連接所有射孔單元的射孔彈。
[0006]本發(fā)明的每個射孔單元里，中間為I發(fā)M型射孔彈，兩側(cè)各為I發(fā)L型射孔彈。
[0007]本發(fā)明的M型射孔彈與彈架軸線垂直，兩側(cè)L型射孔彈開口方向均向中間M型射孔彈傾斜，L型射孔彈軸線與彈架軸線傾角為60°?85°。
[0008]上述傾角￠0°?85° )，最優(yōu)方案為78°，可根據(jù)彈間距、射流在地層穿透深度等計算得出。平均穿透深度大的彈型夾角小，平均穿透深度小的彈型夾角大，以實現(xiàn)射孔孔道終點在同一個橫截面上，該橫截面和套管軸線垂直。作為一個整體，3發(fā)射孔彈射流形成一個扇形射孔面，以此為基礎(chǔ)，在進行水力壓裂時形成與套管軸線垂直的壓裂面。
[0009]本發(fā)明的每個彈架上的彈孔由裝彈孔、定位孔和壓彈棱邊組成，M型射孔彈對應(yīng)的彈孔為M型彈孔，M型彈孔的裝彈孔為M型裝彈孔，M型裝彈孔為圓形，直徑與M型射孔彈外徑吻合，M型裝彈孔兩側(cè)切弧形槽，形成壓彈棱邊，M型裝彈孔對應(yīng)的M型定位孔為圓形。L型射孔彈對應(yīng)的裝彈孔為L型裝彈孔，L型裝彈孔的形狀為裝配時射孔彈外圓和彈架斜交的相貫線，每個L型裝彈孔靠近M型裝彈孔那一側(cè)切弧形槽，形成壓彈棱邊，L型裝彈孔對應(yīng)的L型定位孔形狀為裝配時射孔彈小端圓柱面和彈架斜交的相貫線，壓彈棱邊與對應(yīng)的裝彈孔同心。
[0010]本發(fā)明的裝彈孔、定位孔尺寸根據(jù)射孔彈外形尺寸及裝彈方位設(shè)置，孔間距、相位角和傾角根據(jù)射孔作業(yè)要求設(shè)計。中間M型彈孔和彈架軸線垂直，兩側(cè)L型彈孔和彈架軸線斜交，夾角為60°?85°，兩夾角相等，方向相對。在裝彈孔正上方徑向觀察，中間M型裝彈孔為圓形，直徑與彈體外徑吻合；兩側(cè)L型裝彈孔為非圓形，其形狀為裝配時射孔彈外圓和彈架斜交的相貫線，中間M型定位孔為圓形，兩側(cè)L型裝彈孔對應(yīng)的L型定位孔為非圓形，其形狀為裝配時射孔彈小端圓柱面和彈架斜交的相貫線，中間M型裝彈孔兩側(cè)開槽形成壓彈棱邊，兩側(cè)L型裝彈孔僅在靠近M型裝彈孔一側(cè)開槽形成壓彈棱邊，壓彈棱邊與對應(yīng)的裝彈孔同心。每個彈架上的三個裝彈孔相位角為60°，按右螺旋順序排列。
[0011]本發(fā)明的射孔彈優(yōu)選但不限于大孔徑深穿透射孔彈。
[0012]使用大孔徑深穿透射孔彈既可以在套管上形成較大孔徑，同時在地層也具有較深的穿透深度，在進行水力壓裂時，能夠降低破裂壓力，延伸裂縫長度。所用射孔彈通常為同型號產(chǎn)品，僅彈體外形尺寸不同。裝配時，M型射孔彈軸線與彈架軸線垂直，故較短；L型射孔彈軸線與彈架軸線傾斜，故較長。彈型可根據(jù)套管孔徑、穿透深度等射孔要求確定。
[0013]本發(fā)明的槍體上設(shè)有外盲孔，外盲孔設(shè)置在槍體上射流出口位置，M型射孔彈對應(yīng)的外盲孔為圓孔，L型射孔彈對應(yīng)的外盲孔為長圓孔。
[0014]設(shè)置外盲孔的目的是減小介質(zhì)阻力，降低射孔外毛刺對后續(xù)作業(yè)影響，提高射流在地層穿透深度。
[0015]本發(fā)明所涉及射孔器其他結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有射孔器相同，不再贅述。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達到的有益效果表現(xiàn)在:
[0017]I)采用本發(fā)明進行射孔，能夠得到多個和套管軸線垂直的射孔面。在進行水力壓裂時，能夠降低破裂壓力，形成多個和套管軸線垂直的壓裂面，完善地層縫網(wǎng)系統(tǒng)，增加泄流面積，提高油氣產(chǎn)量。
[0018]2)采用本發(fā)明進行射孔壓裂時，射孔面能夠引導(dǎo)裂縫走向，有效避免相鄰地層壓裂裂縫交叉串通。
[0019]3)本發(fā)明設(shè)計合理，簡單實用，通過對射孔單元、彈架和射孔彈結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，未增加其他定位裝置，達到了施工方便、安全可靠的效果。
[0020]本發(fā)明尤其適用于油氣和頁巖氣水平井的射孔壓裂作業(yè)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)及效果示意圖；
[0022]圖2為圖1的立體圖；
[0023]圖3為本發(fā)明兩個射孔單元射孔彈排布示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明射孔單元射孔效果圖；
[0025]圖5為本發(fā)明射孔單元中彈架和裝彈結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖6為本發(fā)明射孔單元相位分布圖；
[0027]圖7為本發(fā)明水平井應(yīng)用壓裂效果示意圖。
[0028]如圖中所示:1_L型射孔彈A2-M型射孔彈；3_L型射孔彈；4-彈架；5_導(dǎo)爆索；6-索卡；7-槍體；8_油氣井套管；9_射孔面；10_射孔面；11_油氣水平井；12_壓裂面；101-射孔孔道；201-射孔孔道；301-射孔孔道；102-套管射孔孔眼；202_套管射孔孔眼；302_套管射孔孔眼；401-M型裝彈孔；402_壓彈棱邊；403_定位孔，404-L型裝彈孔；701-盲孔；702_盲孔。

【具體實施方式】
[0029]下面以相鄰射孔單元徑向夾角為180°為例，結(jié)合附圖詳細闡述本發(fā)明。
[0030]如圖1所示，為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及其作用原理。圖2為圖1的立體圖，為顯示射孔彈排列和射孔面的關(guān)系，未畫出射孔槍。槍體7內(nèi)包含兩個射孔單元，射孔單元徑向夾角為180°，每個射孔單元內(nèi)，3發(fā)射孔彈(中間M型射孔彈2，彈體較短，與彈架4軸線垂直；兩側(cè)為L型射孔彈1、L型射孔彈3，彈體較長，與彈架4軸線成78°夾角)按右螺旋裝入彈架4，采用索卡將射孔彈和導(dǎo)爆索5連接壓緊。其中一個射孔單元的三發(fā)射孔彈組成射孔單元1，其射流經(jīng)過射孔孔道101、射孔孔道201、射孔孔道301形成射孔面9 ;另外一個射孔單元的3發(fā)射孔彈其射流形成射孔面10。射孔面9、射孔面10均呈扇形，如圖2:射孔面主體部分和射孔槍7軸線垂直，如圖1:兩射孔面方向相反，共同覆蓋了以彈架4軸線為中心的圓形區(qū)域。
[0031]如圖3所示，為相鄰兩個射孔單元射孔彈聯(lián)炮方式，為便于觀察，隱去彈架。射孔彈用導(dǎo)爆索5順次連接，排布走向為右螺旋，相位角為60°，兩射孔單元形成的射孔面為180°反向，同樣適用于三組及以上各射孔單元的連接。
[0032]如圖4所示，為射孔單元射孔效果圖。7為槍體，在槍體上射流出口位置設(shè)置外盲孔，8為油氣井套管。為便于觀察，槍體7和油氣井套管8進行了 210°旋轉(zhuǎn)剖。套管射孔孔眼102、套管射孔孔眼202、套管射孔孔眼302為L型射孔彈1、M型射孔彈2、L型射孔彈3射孔時在油氣井套管8上形成的孔眼，套管射孔孔眼102、套管射孔孔眼202、套管射孔孔眼302在油氣井套管8上螺旋分布。3發(fā)射孔彈的射孔孔道終點位于和油氣井套管8軸線垂直的同一橫截面上，實現(xiàn)了射孔單元形成的射孔面主體部分與井筒垂直。在進行水力壓裂時，壓裂面沿射孔面延伸，降低了破裂壓力，形成了和井筒垂直的橫向縫網(wǎng)系統(tǒng)，避免了層與層之間的交叉串通。
[0033]如圖5所示，為彈架和裝彈結(jié)構(gòu)圖。彈架4為管式，以一個射孔單元為例，每個彈架上設(shè)有3個彈孔，三個彈孔相位角為60°，按右螺旋順次排列。中間為M型彈孔，裝M型射孔彈2，兩側(cè)為L型彈孔，分別裝L型射孔彈1、L型射孔彈3，中間M型彈孔和彈架4軸線垂直，兩側(cè)L型彈孔和彈架軸線斜交，夾角為78°，兩夾角相等，方向相對，其射流均向中間M型射孔彈2軸線所在橫截面靠攏。在裝彈孔正上方徑向觀察，中間M型裝彈孔401為圓形，直徑與彈體外徑吻合；兩側(cè)L型裝彈孔404為非圓形，其形狀為裝配時射孔彈外圓和彈架斜交的相貫線。中間M型裝彈孔對應(yīng)的定位孔為圓形，兩側(cè)L型裝彈孔對應(yīng)的L型定位孔為非圓形，其形狀為裝配時射孔彈小端圓柱面和彈架斜交的相貫線。中間M型裝彈孔兩側(cè)開槽形成壓彈棱邊402，兩側(cè)的L型裝彈孔靠近M型裝彈孔那一側(cè)切弧形槽，形成壓彈棱邊402，壓彈棱邊402與對應(yīng)的裝彈孔同心。
[0034]在進行射孔器裝配時，順次取出與裝彈孔匹配的射孔彈，一般裝在端部的為L型射孔彈I。將L型射孔彈I小端朝下裝入彈架4的對應(yīng)裝彈孔內(nèi)，小端柱頭裝入定位孔403內(nèi)。旋轉(zhuǎn)射孔彈，調(diào)整射孔彈導(dǎo)爆索槽與導(dǎo)爆索5走向吻合，將導(dǎo)爆索5裝入導(dǎo)爆索槽內(nèi)。將索卡6扣在彈體小端柱頭上，用專用工具壓緊索卡6，使索卡6卡入小端柱頭的凹槽內(nèi)，將導(dǎo)爆索5固定牢固。旋轉(zhuǎn)彈架4，使射孔彈口部朝上。將專用工具或螺絲刀刃部插入裝彈孔一側(cè)的切槽內(nèi)，向彈體一側(cè)扳壓壓彈棱邊402，使壓彈棱邊402壓緊射孔彈。裝好的射孔彈應(yīng)不能轉(zhuǎn)動或軸向運動。同樣地，依次裝入其他射孔彈。安裝M型射孔彈2時，需將兩側(cè)的壓彈棱邊402都壓緊。通過彈架4上的裝彈孔401、壓彈棱邊402、定位孔403對射孔彈的雙向固定，提高了射孔單元定位定向精度，簡化了裝配步驟，提高了可靠性。裝槍中與現(xiàn)有技術(shù)相同部分不再贅述。
[0035]如圖6所示，為本發(fā)明射孔單元相位分布圖。如圖所示，單元內(nèi)射孔彈的相位角優(yōu)選為60°。與最常用的90°四相位和135°八相位射孔器相比，60°六相位具有如下優(yōu)點:相鄰兩發(fā)射孔彈夾角小，孔道距離較近，在進行水力壓裂時，易于形成以射孔面為基礎(chǔ)的壓裂面；6發(fā)射孔彈組成兩個射孔單元，作業(yè)時形成兩個射孔面即能覆蓋以井筒為中心的整個圓面。
[0036]如圖7所示，為本發(fā)明水平井應(yīng)用壓裂效果示意圖。例如，在油氣水平井射孔壓裂作業(yè)中，應(yīng)用本發(fā)明，每支射孔槍包含2?4個射孔單元，采用大孔徑深穿透射孔彈，進行定面射孔，形成與水平井軸線垂直的多個扇形射孔面。利用水平井分段壓裂技術(shù)，每個壓裂段包括2?6支射孔槍。在進行水力壓裂時，以扇形射孔面為基礎(chǔ)，形成了多個與水平井軸線垂直的壓裂面12，縫網(wǎng)系統(tǒng)覆蓋了與水平井同軸，以有效壓裂半徑為半徑的整個圓柱區(qū)域，增加了泄流面積，提高了滲流效率。
[0037]本發(fā)明不局限于以上實施例，如相鄰射孔單元徑向夾角還可以是135°。
【權(quán)利要求】
1.一種油氣井用射面定向射孔器，包括槍體，其特征在于槍體內(nèi)設(shè)有2?8個射孔單元，相鄰射孔單元徑向夾角為180°或135°，射孔單元以導(dǎo)爆索右螺旋順次連接，所述每個射孔單元由一段彈架和3發(fā)射孔彈組成，彈架上開設(shè)有3個彈孔，射孔彈安裝在彈孔中，射孔彈在彈架上為右螺旋排布，相位角為60°，射孔單元內(nèi)射孔彈射流在地層內(nèi)形成垂直于油氣井套管軸線的扇形射孔面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣井用射面定向射孔器，其特征在于每個射孔單元里，中間為I發(fā)M型射孔彈，兩側(cè)各為I發(fā)L型射孔彈。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的油氣井用射面定向射孔器，其特征在于M型射孔彈與彈架軸線垂直，兩側(cè)L型射孔彈開口方向均向中間M型射孔彈傾斜，L型射孔彈軸線與彈架軸線傾角為60。?85。。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的油氣井用射面定向射孔器，其特征在于每個彈架上的彈孔由裝彈孔、定位孔和壓彈棱邊組成，M型射孔彈對應(yīng)的彈孔為M型彈孔，M型彈孔的裝彈孔為M型裝彈孔，M型裝彈孔為圓形，直徑與M型射孔彈外徑吻合，M型裝彈孔兩側(cè)切弧形槽，形成壓彈棱邊，M型裝彈孔對應(yīng)的M型定位孔為圓形。L型射孔彈對應(yīng)的裝彈孔為L型裝彈孔，L型裝彈孔的形狀為裝配時射孔彈外圓和彈架斜交的相貫線，每個L型裝彈孔靠近M型裝彈孔那一側(cè)切弧形槽，形成壓彈棱邊，L型裝彈孔對應(yīng)的L型定位孔形狀為裝配時射孔彈小端圓柱面和彈架斜交的相貫線，壓彈棱邊與對應(yīng)的裝彈孔同心。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的油氣井用射面定向射孔器，其特征在于射孔彈為大孔徑深穿透射孔彈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的油氣井用射面定向射孔器，其特征在于槍體上設(shè)有外盲孔，外盲孔設(shè)置在槍體上射流出口位置，M型射孔彈對應(yīng)的外盲孔為圓孔，L型射孔彈對應(yīng)的外盲孔為長圓孔。
【文檔編號】E21B43/116GK104358549SQ201410682610
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】張會之, 盧朝喜, 翟玉蘭, 周京風(fēng), 朱曉晨, 盧現(xiàn)飛, 曹海霞, 楊陽, 肖冰, 石國富 申請人:山東北方民爆器材有限公司